喷泉泵池设计原理(这个喷泉无需水泵)

喷泉在我们生活中很常见。通常,人造喷泉都需要水泵提供动力,但今天我们介绍的喷泉装置,却无需外界动力。

视频演示:优化后的希罗喷泉

希罗喷泉是由古代力学家希罗设计的自循环喷泉,其原理是利用不同容器间的水位差产生势能,驱动水在一定压强下喷射。

如下图所示,希罗喷泉由三个容器组成,顶端是一个敞口容器A,下面是两个密闭的容器B和C,三个容器由三根管子连接起来(接口处需要密封不漏气)。在三个容器中加入适量的水,无需外加动力,自动喷泉就形成了。

喷泉泵池设计原理(这个喷泉无需水泵)(1)

希罗喷泉装置示意图

手工活动一般采用下图所示装置。

在容器B中预先装入适量的水。启动喷泉时,往容器A中添加一些水,由于高度差,水沿着管子从容器A流到容器C,导致容器C上方空间的气压增大,一部分空气被排到容器B中。容器B中的水受到进入空气的压力,就沿着管子往上冒,形成喷泉,喷射到容器A中。

喷泉泵池设计原理(这个喷泉无需水泵)(2)

动力来源分析

在容器A中加入水,是为了引发水的流动,从而启动喷泉。容器B中的水,不断补充到容器A,容器A中的水又不断补充到容器C。水持续由容器B经过容器A流动到容器C中,喷泉行为持续进行。

希罗喷泉无需外加动力,难道我们制成了传说中的永动机?

当然不是。乍一看,希罗喷泉似乎是无限自循环的。但是,经过上面的分析,我们知道,当容器B中的水流完(全部转移到容器C中)时,喷泉便会停止。

■ 优化升级

视频中的希罗喷泉,在原设计的基础上进行了优化,实验变得更加有意思。

喷泉泵池设计原理(这个喷泉无需水泵)(3)

当容器B中的水经过容器A全部流进入容器C后,只要简单地把B、C两个容器换一下位置,喷泉就会重新启动。不过,别忘了把喷嘴换到另一条管子上去哟。

优化后的希罗喷泉还有一个好处,那就是,方便我们研究各容器的相对高度对喷泉高度的影响。

怎么调节才能使喷泉喷得高些?小伙伴们,你们能找到答案吗? 答案:如何增加希罗喷泉的高度?

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